基于项目式学习的小学人工智能课程模式研究

摘要：本文基于项目式学习理论，构建了人工智能课程“七步法”教学模式，并以“保卫AI实验室”项目为例，开展教学实践。研究发现，项目式学习能够增强人工智能课程中学生的体验和参与度，培养跨学科思维，并使其适应未来生活需要。

关键词：项目式学习；人工智能；课程模式

中图分类号：G434 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2024）19-0056-04

《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）强调教育课程必须与时代同步，以培养学生对信息科技发展趋势的敏感性和适应能力。同时，提倡采用真实性学习的方法，即通过真实问题或项目驱动的方式，引导学生经历原理应用、计算思维以及数字化工具的使用过程，从而促进知识的建构和问题解决能力的提升。此外，新课标中还加入了人工智能教学模块，强调学生对人工智能概念的理解和应用能力的重要性。

但目前义务教育阶段的人工智能教学主要集中于对单一知识点的讲解，教师围绕这些知识点设计教学流程和任务，以确保学生能够掌握基础知识。然而，这种以知识点为中心的教学模式可能导致学生在综合应用这些知识点解决实际问题时遇到困难。而借助项目式学习法，能够显著提升学生的学习兴趣和动力，培养学生跨学科思维，并使其适应未来生活需要。因此，笔者在实践中基于真实问题情境，依托人工智能相关技术，结合项目式学习理论，构建了人工智能课程“七步法”教学模式。该模式鼓励学生通过小组合作和探究学习的方式，分析和解决实际问题，以此提升学生的综合实践能力和创新思维。

人工智能课程模式

人工智能课程“七步法”教学模式包含“项目选题—项目规划—方案交流—学习探究—项目实施—成果分享—活动评价”七个步骤（如下页图1）。

项目选题：教师创设真实情境，鼓励学生提出具有挑战性的驱动性问题。

项目规划：学生组建团队，通过头脑风暴确定项目方案，并绘制初步草图。

方案交流：学生展示自己的方案，基于个人经验讨论其可行性。教师在此过程中提供专业指导和反馈。

学习探究：在教师的引导下，学生深入探究相关知识，为项目实施奠定理论基础。

项目实施：学生利用已学知识，动手实践，将方案转化为具体作品。教师提供必要的学习资源和脚手架，支持学生的创作过程。

成果分享：通过产品发布会等形式，学生展示最终作品，并进行自评和互评。

活动评价：教师对学生的展示进行点评，强调学习过程中的亮点和需要改进的地方。

项目设计

1.项目目标

下面，笔者以“保卫AI实验室”项目为例，谈谈如何在教学中实施“七步法”教学模式。根据新课标和《深圳市义务教育人工智能课程纲要》的要求，“保卫AI实验室”项目旨在实现以下目标：

①形成人工智能意识。学会主动探索和应用人工智能技术与工具解决问题；认识到人工智能对推动国家可持续发展所起的关键作用。

②发展人工智能思维。通过学习了解人脸识别、图像识别、语音识别等人工智能技术背后的原理，认识到机器感知和人机交互在解决问题中的重要性；学会如何利用人工智能技术实现保卫AI实验室的目标，从而有效解放人力资源，提升效率。

③关注过程中的美学。通过产品的不断迭代，学习如何在逻辑和外观上追求卓越，培养对科技美学的敏感性和创造力。

2.项目主题选定

为了深入了解学生的真实需求，笔者面向人工智能社团的学生设计并发放了问卷，询问他们“AI实验室还有什么不足的地方”，旨在引导学生关注生活中的实际问题，并发现他们的兴趣所在。最终确定的项目主题为：如何利用人工智能技术来解决学校放置机器人的教室无人看守、容易丢失的问题。具体来说，项目将探索和开发一种智能系统，用以限制非授权人员进出教室，从而保护机器人和其他教学设备的安全。

3.项目架构

“保卫AI实验室”项目是笔者为所在学校六年级学生设计的人工智能课程（如图2）。考虑到学校AI智能实验室在非上课时间无人看守，且内部存放着大量贵重机器人的现状，笔者引入了Magician Lite、DOBOTLAB平台等人工智能技术，旨在通过技术手段提高实验室的安全性。

①课程组织形式：主要以小组合作的形式进行，鼓励学生在团队中交流想法，协作解决问题。

②课程时长：预计7课时完成，确保学生有充足的时间进行深入探究和实践。

③实践场地：在学校的机器人实验室开展课程教学，让学生在实际环境中进行思考和操作。

4.项目内容

教学内容为Magician Lite硬件、DOBOTLAB软件，它们是学校的校本课程内容。对本次项目式学习设计如下。

第一课时：情境创设与项目规划

目标：通过分享真实情境，激发好奇心和探究欲，提出问题并形成初步的解决方案。

活动：学生以小组形式交流想法，绘制产品草图。

第二课时：方案交流与可行性分析

目标：通过组间交流，鼓励批判性思考，改进方案，并评估其可行性。

活动：各组展示初步方案，接受同伴和老师的反馈。

第三课时：学习探究——人工智能原理学习

目标：学习人脸识别、语音识别、图像识别等人工智能原理，并将其应用于程序搭建中。

活动：通过学习支架学习人工智能原理与知识。

第四、五课时：项目实施

目标：利用可用零配件，根据草图搭建模型，体验从理论到实践的过程。

活动：动手操作，实现作品的功能性，将设计转化为实体模型。

第六课时：成果分享

目标：进一步完善作品，并制作介绍视频，分享学习过程和成果。

活动：拍摄视频，上传至学习平台，供其他小组学习，并根据反馈优化作品。

第七课时：产品发布会与活动评价

目标：通过模拟产品发布会形式展示作品，并评选出最佳“AI实验室管理员”。

活动：进行作品展示、课程总结，评价学习过程，鼓励学生进行反思。

5.项目资源设计与开发

本次学习活动的核心目标是培养学生的自主探究学习能力。为了适应学生的多样化方案，笔者搭建了定制化的学习脚手架，主要有以下两种：①学习任务单。为学生提供清晰的学习目标和步骤，引导他们通过任务驱动的方式进行学习。②微课。制作简短、针对性强的教学视频，帮助学生快速掌握关键知识点。

此外，在整个学习过程中，笔者还鼓励学生使用网络收集资料，使用思维导图与流程图软件整理思路、规划项目流程。

6.项目评价

本次项目式学习评价分为过程性评价和总结性评价，采用自评、互评、师评等多元主题评价方式。过程性评价从知识理解与掌握、技能操作与运用、分析与解决问题的能力、团队合作与沟通、项目管理与时间规划、学习态度与自我反思、创新思维与实践多个维度开展。总结性评价从项目完成情况、文稿与PPT制作情况、总体表现与态度等几个方面进行。

项目实践

1.真实情境，项目选题

为了迅速激发学生的积极性，教师以学校信息科技教师的身份向学生发出邀请信，正式赋予他们AI实验室管理员的身份，并引导他们提出关键问题：如何有效管理AI实验室？

2.小组合作，项目规划

学生分成小组，通过实地考察教室布局，开展头脑风暴，对提出的问题进行深入思考。学生需要理顺产品的功能、所需零部件和相关人工智能技术，并填写规划表格，制订详细方案，进行组内分工，绘制搭建模型。在此过程中，教师作为引导者，帮助学生评估方案的可行性。

在项目式学习过程中，学生提出了以下三个方向的方案：说出“暗号”，进行语音识别开门；佩戴手环，通过图像识别开门；录入人脸信息，通过人脸识别开门。本文介绍通过人脸识别开门的方案。

①小组合作，方案交流。通过组间的分享和讨论，学生不仅可以展示自己的方案，还可以从其他组的方案中获得新的灵感。这种交流有助于学生相互学习，更新迭代自己的方案，提高其可行性。

②学习交流，分享探究。教师提前将相关的学习支架上传至精准教学平台，学生通过学习对应组别的微课资料，深入了解想要制作的产品背后的人工智能原理。例如，人脸识别组的学生通过类比人类识别人脸的过程来理解机器识别人脸的原理，从而把握课程的核心内容。

在理解了人脸识别的基本原理之后，小组成员将这一复杂的概念转化为具体的编程任务——建立人脸信息数据库、让摄像头采集人脸、让有权限的同学进入AI实验室。

3.编程搭建，项目实施

在本项目中，人工智能软件与硬件紧密结合，使学生能够根据自己的前期规划和设计目标，灵活选择并应用不同的人工智能模块，从而个性化地构建项目。

为了支持学生的自主学习，教师在精准教学平台上提供了相关的学习单和脚手架，旨在引导学生通过自我探索来理解复杂概念。同时，鼓励学生提出问题，并通过这些问题来识别和突破学习过程中的难点。

另外，教师要求学生以小组为单位，录制自己组内作品的介绍视频及搭建步骤、方法，并上传至精准教学平台，鼓励不同小组之间相互学习、借鉴，改进作品。

4.汇报展示，成果分享

在班级中开展“产品发布会”，每个小组围绕产品的外观、功能和潜在应用进行演讲，其他小组通过使用虚拟币“购买”产品的方式来评选出心目中最好的产品，并选出最佳“AI实验室管理员”。这种互动形式不仅让学生获得了成就感，还再次激发了他们的学习积极性。

5.总结评价

在项目完成过程中，学生可以通过精准教学平台随时进行在线学习、上传和下载相关的活动资料。教师可以上传学习支架，监测学生的学习过程，并根据学生的学习成果调整教学策略。最终，学生在平台上填写评价量规，通过自评、小组互评和教师点评的方式，完成项目式学习的评价。

实施效果与总结

1.实施效果

本次项目式学习共回收了178份评价量表。通过评价量表可知，学生的团队合作意识有了很大提升，且能更好地综合运用知识。

（1）技能掌握与提升

学生在项目中不仅掌握了人脸识别、语音识别、图像识别等人工智能技术，还学会了Magician Lite硬件、DOBOTLAB软件、Xmind思维导图等工具的使用。他们能够巧妙地将这些技术融合，以实现项目目标。在项目结束后，学生们在面对真实问题时，能够主动思考并应用人工智能技术，显示出了显著提升的人工智能意识。

（2）创新思维与实践能力的提升

项目式学习成为了学生发挥创新思维和实践能力的舞台。面对“保卫AI实验室”的挑战，学生提出了多种解决方案，并通过不断的实践、试错和迭代来优化方案。在最终的“产品发布会”上，他们展示了精彩的创意和成果，充分体现了他们的创新能力和解决问题能力。

2.总结

在“保卫AI实验室”项目框架下，学生通过应用人脸识别、图像识别、语音识别等人工智能技术，显著增强了对AI领域的认识，并掌握了利用AI技术解决现实问题的方法。本研究的实证分析表明，基于项目的学习模式对培育具备创新精神和实践技能的人工智能领域专业人才具有显著的积极作用。

参考文献：

[1]陈斯睿.基于任务驱动的小学人工智能教学探索——以“人脸识别”一课为例[J].中小学信息技术教育，2023（S1）：49-51.

[2]潘梦瑶.项目式学习在小学信息科技教学中的运用分析[J].学苑教育，2022（29）：47-48+51.